JP6476592B2 - 波長変換部材 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を蛍光体により変換して所望の方向に効率よく発光させる波長変換部材、及び該波長変換部材と発光ダイオードとが離間して設けられたリモートフォスファー型発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、現在利用可能な光源の中で最も効率的な光源の一つである。このうち、白色発光ダイオードは、白熱電球、蛍光灯、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）バックライト、ハロゲンランプなどに代わる次世代光源として急激に市場を拡大している。白色ＬＥＤを実現する構成の一つとして、青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）と、青色光励起によってより長波長、例えば黄色や緑色に発光する蛍光体との組合せによる白色ＬＥＤ、及び白色ＬＥＤを用いたＬＥＤ照明が実用化されている。

白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤ上又はそのごく近傍に、蛍光体を、樹脂やガラスなどに混合した状態で配置し、青色光の一部をより長波長の光に変換する構造になっている。この事実上、青色ＬＥＤと一体化したこれらの蛍光体層で波長変換して白色光を得る、いわば白色ＬＥＤ素子と呼ぶべき方式が主流である。

また、蛍光体を青色ＬＥＤから数ｍｍ〜数十ｍｍ離れたところに配置して青色光の一部又は全部を蛍光体で波長変換する方式が採られている発光装置もある。特に、ＬＥＤから発する熱によって蛍光体の特性が低下しやすい場合、ＬＥＤからの距離が遠いことは発光装置としての効率の向上や、色調の変動を抑えるのに有効である。このようにして、ＬＥＤ光源から離間して配置した、蛍光体を含む波長変換部材は、リモートフォスファー、このような発光方式をリモートフォスファー方式と呼ばれている。このようなリモートフォスファー方式の発光方式では、照明として用いた場合の全体の色むらが改善されるなどの利点があり、近年検討がなされている。

このようなリモートフォスファー方式の発光装置においては、例えば、青色ＬＥＤの前面にリモートフォスファーとして黄色発光蛍光体粒子や緑色発光蛍光体粒子、更に、必要に応じて、赤色発光蛍光体粒子を樹脂又はガラスに分散した波長変換部材を配置することで、白色光を得る発光装置が一般的である。リモートフォスファーに使用される蛍光体としては、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｔｂ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕなどの酸化物蛍光体、特に、ガーネット構造の酸化物蛍光体や、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕなどのシリケート系蛍光体、赤色発光蛍光体として、複フッ化物蛍光体やＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺、Ｓｒ−ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺などの窒化物蛍光体が用いられている。

一般的な発光装置は、特定の方向、特定の範囲を照射することに用いられることが多い。これに対して、リモートフォスファーに含まれる蛍光体から発する光は等方的であるため、リモートフォスファーから発光する光には、照射光として利用したい特定の方向や特定の範囲以外にも発光してしまうという弱点がある。リモートフォスファーを用いた発光装置において、発光装置から光を照射したい特定の方向や特定の範囲以外に発光してしまう光については、発光装置に反射材などを組み込むことで、照射効率を改善しようとする試みがなされている。しかし、従来の反射材の効果には限界があり、リモートフォスファーから発光する光のうち、照射したい特定の方向や特定の範囲以外に発光する光の多くは、損失してしまっているのが実情である。

また、照明装置では、照明装置の前方、側方及び後方へ照射される光の比率や広がり方、色度は、照明空間のデザインを考える上で、重要な要素になる。しかし、このような照明空間のデザインの要求に応えられるような、各々の方向への光量の配分や色度の配分を考慮した設計ができる発光装置は一般的ではなく、照明空間のデザインに制約を与えていた。

特開２０１１−２５６３７１号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、光源からの光を蛍光体により変換して、所望の方向に効率よく発光する波長変換部材、特に、リモートフォスファー型発光装置に好適な波長変換部材、及び波長変換部材中の蛍光体から発光する光のうち、発光装置の照射方向ではない方向に発光する光を損失させずに、効率よく利用したリモートフォスファー型発光装置を提供することを目的とする。また、本発明は、任意の方向に対する配光や色度の自由度が高い波長変換部材、及び照明空間のデザインにおいて高い自由度を与えるリモートフォスファー型発光装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、所定の波長の光を吸収して、波長を変換して発光する蛍光体を含む波長変換部材、及び波長変換部材を用いたリモートフォスファー型発光装置について検討したところ、蛍光体を含む波長変換部材では、蛍光体に励起光が照射されると、波長変換部材から、励起光の入射側、その反対側及び側方側に、波長変換された光が等方的に発光し、また、励起光も、その一部が、波長変換部材を透過してしまうことがわかった。このような波長変換部材を用いた発光装置では、発光装置からの所望の光照射方向以外に向かう光の多くは、発光装置の光照射に寄与する割合が低く、光エネルギーとして無駄になってしまう。本発明者らは、この点に着目し、無駄になってしまう光エネルギーをより効率よく利用することができれば、発光装置が照度の高い優れたものとなると考えた。

そこで、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、透明又は半透明の高分子材料と、蛍光体とを含む混合物を成形してなる発光部に対し、その表面の一部に、蛍光体から発光した光を発光部側に反射する反射層を積層して波長変換部材とし、特に、この波長変換部材をリモートフォスファー型発光装置に適用すれば、波長変換部材中の蛍光体から発光する光のうち、所望の光照射方向以外の方向に向かった光を、光照射方向に誘導して、光照射方向の照度を、効果的に向上させることができることを見出した。更に、発光部の表面の特定部分にのみ反射層を積層すれば、発光装置の光照射方向を、前方のみならず、照度や色度を制御した状態で、後方及び側方にも広がりを持たせることができ、光照射方向毎の照度や色度を制御して、照明空間を多彩に演出できる、従来にない発光装置を提供できることを見出し、本発明を成すに至った。

従って、本発明は、下記の波長変換部材を提供する。
請求項１：
透明又は半透明の高分子材料と、波長４７０ｎｍ以下の光を吸収して可視光を発光する蛍光体であって、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｔｂ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ、シリケート系蛍光体、複フッ化物蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺及びＳｒ−ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺のいずれか１つ以上を含む蛍光体とを含む混合物を成形してなる発光部と、該発光部の表面の一部に積層され、上記蛍光体から発光した光を発光部の励起光が入射する側に反射する反射層とを備え、上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の側方側の表面の一部又は全部に上記反射層が設けられていることを特徴とする波長変換部材。
請求項２：
上記発光部が、異なる蛍光体が混合された２以上の層を含むことを特徴とする請求項１記載の波長変換部材。
請求項３：
上記反射層の発光部側が鏡面であることを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換部材。
請求項４：
上記高分子材料が、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる１種以上の樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の波長変換部材。
請求項５：
上記高分子材料が、熱可塑性樹脂であり、上記発光部が、上記高分子材料及び蛍光体を混合して圧縮成形、押出成形又は射出成形により厚さ０．１〜６ｍｍのフィルム状又は薄板状に形成してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の波長変換部材。
請求項６：
上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の後方側の表面の一部又は全部に上記反射層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の波長変換部材。
請求項７：
上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の後方側の表面の一部に上記反射層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の波長変換部材。
また、本発明は、下記のリモートフォスファー型発光装置が関連する。
［１］ 透明又は半透明の高分子材料と、波長４７０ｎｍ以下の光を吸収して可視光を発光する蛍光体であって、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｔｂ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ、シリケート系蛍光体、複フッ化物蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺及びＳｒ−ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺のいずれか１つ以上を含む蛍光体とを含む混合物を成形してなる発光部と、該発光部の表面の一部に積層され、上記蛍光体から発光した光を発光部の励起光が入射する側に反射する反射層とを備える波長変換部材と、発光ダイオードとを備え、上記波長変換部材と発光ダイオードとが、気体層又は真空層を介して離間し、かつ上記波長変換部材の上記反射層が積層されていない表面から、上記発光ダイオードからの光が入射するように配設されていることを特徴とするリモートフォスファー型発光装置。
［２］ 上記発光ダイオードが、波長４７０ｎｍ以下の光を発光する発光ダイオードであることを特徴とする［１］記載のリモートフォスファー型発光装置。
［３］ 発光装置の光照射方向を前方としたとき、上記発光部の後方側の表面の一部又は全部に上記反射層が設けられていることを特徴とする［１］又は［２］記載のリモートフォスファー型発光装置。
［４］ 発光装置の光照射方向を前方としたとき、上記発光部の側方側の表面の一部又は全部に上記反射層が設けられていることを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかに記載のリモートフォスファー型発光装置。
［５］ 上記発光部が、異なる蛍光体が混合された２以上の層を含むことを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載のリモートフォスファー型発光装置。
［６］ 上記反射層の発光部側が鏡面であることを特徴とする［１］乃至［５］のいずれかに記載のリモートフォスファー型発光装置。
［７］ 上記高分子材料が、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる１種以上の樹脂であることを特徴とする［１］乃至［６］のいずれかに記載のリモートフォスファー型発光装置。
［８］ 上記高分子材料が、熱可塑性樹脂であり、上記発光部が、上記高分子材料及び蛍光体を混合して圧縮成形、押出成形又は射出成形により厚さ０．１〜６ｍｍのフィルム状又は薄板状に形成してなることを特徴とする［１］乃至［６］のいずれかに記載のリモートフォスファー型発光装置。
［９］ 上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の後方側の表面の一部又は全部に上記反射層が設けられていることを特徴とする［１］乃至［８］のいずれかに記載のリモートフォスファー型発光装置。
［１０］ 上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の後方側の表面の一部に上記反射層が設けられていることを特徴とする［１］乃至［８］のいずれかに記載のリモートフォスファー型発光装置。
［１１］ 上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の側方側の表面の一部又は全部に上記反射層が設けられていることを特徴とする［１］乃至［１０］のいずれかに記載のリモートフォスファー型発光装置。

本発明によれば、光源からの光を蛍光体により変換して、所望の方向に光を照射させる波長変換部材において、波長変換部材中の蛍光体から発光する光のうち、所望の照射方向ではない方向に発光する光を、損失させずに効率よく利用でき、この波長変換部材をリモートフォスファー型発光装置に適用すれば、波長変換部材中の蛍光体からの発光光のうち、発光装置の所望の照射方向以外の方向に向かった光を、所望の照射方向に誘導して、光照射方向の照度を、効果的に向上させることができる。

また、任意の方向に対する配光や色度の自由度が高く、照明空間のデザインにおいて高い自由度を与える波長変換部材及びリモートフォスファー型発光装置を提供することができる。

本発明の波長変換部材を備えるリモートフォスファー型発光装置の一例を示す第１の態様であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。 本発明の波長変換部材を備えるリモートフォスファー型発光装置の一例を示す第２の態様の断面図である。 本発明の波長変換部材を備えるリモートフォスファー型発光装置の一例を示す第３の態様であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 本発明の波長変換部材を備えるリモートフォスファー型発光装置の一例を示す第４の態様であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

以下、本発明の波長変換部材について詳細に説明する。
本発明の波長変換部材は、高分子材料と蛍光体とを含む混合物を成形してなる発光部と、この発光部の表面の一部に積層された反射層とを備える。本発明の波長変換部材は、リモートフォスファー型発光装置において用いられる場合、リモートフォスファーと呼ばれることがある。

高分子材料には、透明又は半透明のものが用いられ、特に透明なものが好ましい。高分子材料としては、ゴム、エラストマー、樹脂などを用いることができるが、一般的には、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる１種以上の樹脂が好適に用いられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、テフロン（登録商標）、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド、ポリスルホン、熱可塑性ポリイミドなどが挙げられる。一方、熱硬化性樹脂としては、アミノ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミドなどが挙げられる。

蛍光体は、所定の波長の光を吸収して、波長を変換して発光する蛍光体であり、公知の方法で製造することができ、また、市販品を用いることもできる。蛍光体は粒状又は粉体状で用いられ、蛍光体の粒径としては、粒度分布における体積累計５０％の粒径Ｄ５０が１．０μｍ以上、特に１．５μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以下、特に４０μｍ以下であることが好ましい。更に、体積累計９０％の粒径Ｄ９０が２００μｍ以下、特に１００μｍ以下であることが好ましい。なお、本発明における蛍光体の粒径は、例えば、気流中又は水流中に蛍光体を分散し、レーザー回折散乱法により測定した値が適用できる。

蛍光体は、１種単独で用いても、複数種混合して用いてもよい。また、本発明においては、発光部を、異なる蛍光体が混合された２以上の層を含むように構成することもでき、その場合は、各々の層において、蛍光体を１種単独で用いることも、複数種混合して用いることもできる。

蛍光体としては、特に、波長４７０ｎｍ以下、とりわけ、波長が４００〜４７０ｎｍの青色光を吸収して可視光を発光する蛍光体が好適である。このような蛍光体としては、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｔｂ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕなどの酸化物蛍光体、特に、ガーネット構造の酸化物蛍光体や、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕなどのシリケート系蛍光体、赤色発光蛍光体として、複フッ化物蛍光体やＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺、Ｓｒ−ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺などの窒化物蛍光体が挙げられる。

発光部には、高分子材料及び蛍光体の他に、本発明の目的及び波長変換部材としての機能を損なわない程度に、添加物を用いてもよい。添加物としては、光の散乱を促進するための光散乱剤などを用いることができる。添加物の含有量は、発光部中、通常１０質量％以下、特に０．０１質量％以上５質量％以下である。

蛍光体の含有率は、発光部中、０．１質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。発光部に高分子材料及び蛍光体以外に添加物を用いない場合は、高分子材料が残部であり、発光部に高分子材料及び蛍光体以外に添加物を用いる場合は、添加物と高分子材料との合計が残部である。

発光部は、高分子材料、蛍光体、及び必要に応じて添加物を混合して成形することにより得ることができる。成形は、圧縮成形、押出成形、射出成形等の公知の成形方法が適用でき、フィルム状、薄板状等の任意の形状で、所望の大きさに成形すればよい。

発光部の形状及び大きさは、波長変換部材の使用目的に合わせて適宜選定すればよいが、後述する反射層を形成し得る形状及び大きさとする必要があり、特に、発光ダイオードと組み合わせて発光装置として用いることを考慮すれば、波長変換部材としたときに、波長変換部材のみで定形形状を保持できる厚さを有していることが望ましい。このような発光部の厚さは、特に限定されるものではないが、通常０．１〜６ｍｍである。

発光部の表面の一部には、蛍光体から発光した光を発光部側に反射する反射層が積層されている。本発明の波長変換部材においては、発光部の表面に反射層が積層されていない部分が設けられる。そして、反射層が積層されていない部分の一部又は全部から、蛍光体の励起光を入射させ、また、反射層が積層されていない部分の一部又は全部から、蛍光体から発光した光を波長変換部材の外に照射させる。

本発明の波長変換部材においては、発光部からの発光の任意の一方向を前方としたとき、発光部の後方側の表面の一部又は全部に反射層を設けることが好ましい。この場合、後方側の表面の全部に反射層を設ければ、波長変換部材の後方側への発光は遮断され、後方側の表面の一部に反射層を設ければ（後方側の表面の一部に反射層を積層していない部分を残せば）、波長変換部材の後方側にも発光するようにすることができる。なお、発光部からの発光の上記任意の一方向は、通常、励起光が入射する側となる。

本発明の波長変換部材においては、発光部からの発光の上記任意の一方向を前方としたとき、発光部の側方側の表面の一部又は全部に反射層を設けることが好ましい。この場合、側方側の表面の全部に反射層を設ければ、波長変換部材の側方側への発光は遮断され、側方側の表面の一部に反射層を設ければ（側方側の表面の一部に反射層を積層していない部分を残せば）、波長変換部材の側方側にも発光するようにすることができる。

波長変換部材の厚さは、発光部と反射層の厚さの合計であり、上述した発光部の後方側の表面のみに反射層を設けた場合は、上述した発光部の厚さと上述した反射層の厚さとの合計である。本発明の波長変換部材においては、発光部の上記任意の一方向側の表面の一部にも反射層を設けることができ、その場合の波長変換部材の厚さは、上述した発光部の厚さと上述した反射層の厚さの２倍との合計である。

反射層は、蛍光体から発光した光を発光部側に反射できる材料、好ましくは、更に、励起光を発光部側に反射できる材料で形成すればよいが、特に、反射層の発光部側を鏡面とすることが好適である。反射層の発光部側を鏡面とするには、銀鏡反応等の無電解メッキ法、金属蒸着法、反射膜材料の塗布法などの公知の鏡面形成法を適用すればよい。反射層を形成する発光部の表面には、反射層の付着性を良くするために、付着性向上材として、アクリル変性シリコーン樹脂等のシリコーン樹脂などを溶液で塗布してもよい。反射層を形成しない部分をマスキングテープ等によりマスキングすれば、所望の部分のみに反射層を形成することができる。また、一旦、反射層を形成した後、所望の部分を、エッチング、研磨等で剥離することも可能である。また、本発明の波長変換部材には、反射層上に、更に保護層を設けることもできる。

発光部に反射層を形成する方法として銀鏡反応は、複雑形状の発光部の表面に鏡面を容易に形成できることから、好適に用いられる。銀鏡反応を適用する場合、例えば、発光部に、アンモニア性硝酸銀水溶液と苛性ソーダ水溶液とブドウ糖水溶液との混合水溶液を接触させることにより、発光部の表面に、発光部側が鏡面の銀鏡を形成することができる。

次に、本発明のリモートフォスファー型発光装置について詳細に説明する。
本発明のリモートフォスファー型発光装置は、所定の波長の光を吸収して、波長を変換して発光する蛍光体を含む波長変換部材と、発光ダイオードとを備え、波長変換部材と発光ダイオードとが、気体層を介して離間した構造を有する。リモートフォスファー型発光装置では、波長変換部材と発光ダイオードとが、発光ダイオードから発光した励起光が波長変換部材に入射するように配設されている。

本発明のリモートフォスファー型発光装置では、上述した高分子材料と蛍光体とを含む混合物を成形してなる発光部と、この発光部の表面の一部に積層された反射層とを備える波長変換部材が好適に用いられ、波長変換部材と発光ダイオードとが、波長変換部材の反射層が積層されていない表面から、発光ダイオードからの光が入射するように配設されている。

励起光を発光する発光ダイオードは、蛍光体の吸収波長に応じて適宜選定すればよいが、波長変換部材に、波長４７０ｎｍ以下の光を吸収して発光する蛍光体を用いる場合は、中心波長４７０ｎｍ以下の光を発光する発光ダイオードを用いることが好ましく、特に、中心波長４４０〜４７０ｎｍの青色光を発光する青色発光ダイオードを用いることが好ましい。

波長変換部材及び発光ダイオード以外のリモートフォスファー型発光装置の他の構成については、公知のリモートフォスファー型発光装置の構成を適用することが可能である。

本発明のリモートフォスファー型発光装置においては、発光装置の光照射方向を前方としたとき、波長変換部材の発光部の後方側の表面の一部又は全部に反射層を設けることが好ましい。この場合、後方側の表面の全部に反射層を設ければ、発光装置の後方側への発光は遮断され、後方側の表面の一部に反射層を設ければ（後方側の表面の一部に反射層を積層していない部分を残せば）、発光装置の後方側にも光を照射するようにすることができる。なお、発光装置の光照射方向は、通常、励起光が入射する側となる。

本発明のリモートフォスファー型発光装置においては、発光装置の光照射方向を前方としたとき、波長変換部材の発光部の側方側の表面の一部又は全部に反射層を設けることが好ましい。この場合、側方側の表面の全部に反射層を設ければ、発光装置の側方側への発光は遮断され、側方側の表面の一部に反射層を設ければ（側方側の表面の一部に反射層を積層していない部分を残せば）、発光装置の側方側にも光を照射するようにすることができる。

本発明のリモートフォスファー型発光装置の波長変換部材においては、発光装置の光照射方向側の表面の一部にも反射層を設けることができる。

次に、本発明のリモートフォスファー型発光装置について、具体例を挙げて、更に詳細に説明する。
図１は、本発明の波長変換部材を備えるリモートフォスファー型発光装置の一例を示す第１の態様である。このリモートフォスファー型発光装置１は、三角柱形状を有しており、断面は直角三角形状であって、斜面部に発光部１２及び反射層１３を備える波長変換部材１１、垂直面部及び両端面部に不透明な基板２２、底面部に透明カバー３１が配設され、垂直面部の基板２２の上に４個の発光ダイオード２１が、その発光面を波長変換部材１１に向けて取り付けられている。波長変換部材１１は発光部１２を内側に向けて配置され、反射層１３は発光部１２の外側の面（光照射方向に対して後方側の面）にのみ積層されている。

このリモートフォスファー型発光装置１の場合、発光ダイオード２１から発光した励起光は、波長変換部材１１の発光部１２に到達し、発光部１２に含まれる蛍光体により波長変換されて、等方的に発光する。波長変換されて発光した光は、その一部は透明カバー３１側（光照射方向）に向かい、また、一部は反射層１３側に向かい、反射層１３側に向かった光は、反射層１３で反射されて、透明カバー３１側に誘導される。そして、双方の光が合わさることによって、光照射方向に高い照度で光が照射される。

図２は、本発明の波長変換部材を備えるリモートフォスファー型発光装置の一例を示す第２の態様である。このリモートフォスファー型発光装置１は、傘形の形状を有しており、上部の斜面部に発光部１２及び反射層１３を備える波長変換部材１１、下部に断面略Ｌ字型の透明な基板２２が配設され、下部の基板２２の上に発光ダイオード２１（図２においては２個のみ図示されている）が、その発光面を波長変換部材１１に向けて取り付けられている。波長変換部材１１は発光部１２を内側に向けて配置され、反射層１３は発光部１２の外側の面（光照射方向に対して後方側の面及び側方側の面）にのみ積層されている。

このリモートフォスファー型発光装置１の場合、発光ダイオード２１から発光した励起光は、波長変換部材１１の発光部１２に到達し、発光部１２に含まれる蛍光体により波長変換されて、等方的に発光する。波長変換されて発光した光は、その一部は下方の開口部側（光照射方向）に向かい、また、一部は反射層１３側に向かい、反射層１３側に向かった光は、反射層１３で反射されて、開口部側に誘導される。そして、双方の光が合わさることによって、光照射方向に高い照度で光が照射される。

図３及び図４は、各々、本発明の波長変換部材を備えるリモートフォスファー型発光装置の一例を示す第３の態様及び第４の態様である。このリモートフォスファー型発光装置１は、円盤形状を有しており、断面は逆台形形状であって、発光部１２及び反射層１３を備える波長変換部材１１の上部が、５箇所陥没しており、この陥没部に不透明な基板２２上に取り付けられた５個の発光ダイオード２１が、その発光面を波長変換部材１１に向けて取り付けられている。波長変換部材１１の反射層１３は発光部１２の上方側（発光ダイオード２１が埋設された側）の面にのみ積層され、反射層１３の４箇所に、反射層が積層されていない部分１３ａが設けられている。図３に示される第３の態様においては、発光部１２は１層で形成され、図４に示される第４の態様においては、発光部１２は第１層１２ａ及び第２層１２ｂの２層で形成されている。

これらのリモートフォスファー型発光装置１の場合、発光ダイオード２１から発光した励起光は、波長変換部材１１の発光部１２（第１層１２ａ及び第２層１２ｂ）に到達し、発光部１２（第１層１２ａ及び第２層１２ｂ）に含まれる蛍光体により波長変換されて、等方的に発光する。波長変換されて発光した光は、その一部は下方側及び側方側（光照射主方向）に向かい、また、一部は上方側に向かい、反射層１３側に向かった光は、反射層１３で反射されて、下方側及び側方側に誘導される。そして、双方の光が合わさることによって、光照射主方向に高い照度で光が照射される。また、上方側に向かった光の一部は、反射層が積層されていない部分１３ａから上方側（光照射副方向）にも照射される。

このようなリモートフォスファー型発光装置の場合、反射層が積層されていない部分１３ａの割合や位置を調整することによって、下方側及び側方側（光照射主方向）のみならず、上方側（光照射副方向）にも光を照射することができ、双方の光照射方向の照度、コントラスト、照射方向を制御して、光を照射することができる。特に、図４に示される第４の態様のリモートフォスファー型発光装置では、第１層１２ａ及び第２層１２ｂの各々に異なる種類の蛍光体を用いることによって、双方の光照射方向の発光色や色度を変えることができる。

以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

［実施例１］
比重０．９１の非変性ポリプロピレン９，８００ｇ、平均粒径１８．０μｍのＹＡＧ：Ｃｅ³⁺蛍光体２００ｇ、及び平均粒径５．５μｍのシリカ粉末１００ｇを混練機で混合して蛍光体含有樹脂ペレット１を得た。また、比重０．９１の非変性ポリプロピレン９，０００ｇ、及び粒径２１．０μｍのＫＳＦ蛍光体（Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ）１，０００ｇを混練機で混合して蛍光体含有ペレット２を得た。

蛍光体含有ペレット１及び蛍光体含有ペレット２を、層間の界面に空気が入り込まないように注意して２色押出成形した後、プレス成形により、厚さ２ｍｍ、直径３００ｍｍの半球キャップ形状に成形した２層からなる発光部を作製した。得られた発光部は、半球キャップ形状の外側の層にＹＡＧ：Ｃｅ³⁺蛍光体が、内側の層にＫＳＦ蛍光体が、各々含まれている。

次に、半球キャップ形状の発光部の内側の半球面全面のみにマスキングテープを張り付けた後、アクリル変性シリコーン樹脂の有機溶剤溶液に浸漬して、マスキングテープを張り付けていない部分（半球キャップ形状の発光部の外側の半球面及び円形リング状底面）に、付着性向上材として、アクリル変性シリコーン樹脂を被覆した。

次に、硝酸銀濃度が３５ｇ／Ｌのアンモニア過剰のアンモニア性硝酸銀水溶液、濃度２０ｇ／Ｌの苛性ソーダ水溶液、及び１５ｇ／Ｌのブドウ糖水溶液を、各々１Ｌ調製した。３種の水溶液を混合して、銀鏡反応用溶液を調製し、この溶液に、マスキングをし、付着性向上材を被覆した発光部を浸漬したところ、発光部の外側の半球面及び円形リング状底面に、銀鏡反応による均一な銀鏡膜が形成された。得られた銀鏡膜には、鏡製造において公知の銅引き処理を施した後、裏打ち塗料を塗布して、マスキングテープを除去し、３０℃で２４時間乾燥して、反射層を有する波長変換部材を得た。

この波長変換部材の内側の半球面側から中心波長４６０ｎｍの青色ＬＥＤから光を照射したところ、波長変換部材の内側の半球面のみから強い白色光が得られた。

次に、この波長変換部材と発光ダイオードを用いて、リモートフォスファー型発光装置を作製した。中心波長４５０〜４６５ｎｍの青色ＬＥＤ（出力２Ｗ）５個を、透明樹脂板上に、放射状に配置して光源とした。この光源を覆うように、半球キャップ形状波長変換部材をその中心軸と光源の中心とを一致させ、光源の青色光が波長変換部材の内側の半球面全体に照射されるように配置した。

発光装置の青色ＬＥＤを点灯すると、波長変換部材の内側の半球面のみに白色光が観察された。この発光装置について、波長変換部材の内側の半球面上端から下方２．５ｍの距離での照度を測定したところ、約５５０ｌｘであった。

［比較例１］
実施例１と同様にプレス成形までを実施し、反射層を有していない発光部のみを作製した。この発光部の内側の半球面側から波長４６０ｎｍの青色ＬＥＤから光を照射したところ、白色光が得られたが、発光部の内側の半球面のみならず、外側の半球面及び円形リング状底面からも白色光が観察され、発光部の内側の半球面側の発光は、実施例１に比べて弱かった。

この発光部を用いて、実施例１と同様にして発光装置を作製した。青色ＬＥＤを点灯すると、発光部の内側の半球面、外側の半球面及び円形リング状底面からまんべんなく白色光が観察された。この発光装置について、発光部の内側の半球面上端から下方２．５ｍの距離での照度を測定したところ、約３８０ｌｘであった。

［実施例２］
実施例１と同様にプレス成形までを実施し、半球キャップ形状の発光部の内側の半球面には全面に、外側の半球面には格子状にマスキングテープを張り付け、実施例１と同様にして、マスキングテープを張り付けていない部分（半球キャップ形状の発光部の外側の半球面の一部及び円形リング状底面）に、アクリル変性シリコーン樹脂を被覆し、反射層を有する波長変換部材を得た。

この波長変換部材の内側の半球面側から中心波長４６０ｎｍの青色ＬＥＤから光を照射したところ、波長変換部材の内側の半球面及び外側の半球面の双方から白色光が得られた。得られた白色光の色度を測定したところ、ｘ、ｙ色度座標で、内面側はｘ値０．３５３３、ｙ値０．３５３７の白色光、外面側はｘ値０．３７５２、ｙ値０．３５０１の白色光であり、外面側は、内面側よりも暖色の白色光であった。

次に、この波長変換部材と発光ダイオードを用いて、実施例１と同様にして、リモートフォスファー型発光装置を作製した。

発光装置の青色ＬＥＤを点灯すると、波長変換部材の内側の半球面から白色光が観察された。この発光装置について、波長変換部材の内側の半球面上端から下方２．５ｍの距離での照度を測定したところ、約４３０ｌｘであった。また、この発光装置では、波長変換部材の外側の半球面の一部には、反射層が形成されていないので、外側の半球面からも白色光が観察された。

このように、発光層の蛍光体の種類、層構成など、また、反射層を形成する部分、面積、形状などを変えることで、発光装置の光照射方向に広がりを持たせて、光を照射する各々の方向に対して、照度や色度を適宜設定することが可能である。

１ リモートフォスファー型発光装置
１１ 波長変換部材
１２ 発光部
１２ａ 第１層
１２ｂ 第２層
１３ 反射層
１３ａ 反射層が積層されていない部分
２１ 発光ダイオード
２２ 基板
３１ 透明カバー

Claims (7)

1. 透明又は半透明の高分子材料と、波長４７０ｎｍ以下の光を吸収して可視光を発光する蛍光体であって、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｔｂ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ、シリケート系蛍光体、複フッ化物蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺及びＳｒ−ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ²⁺のいずれか１つ以上を含む蛍光体とを含む混合物を成形してなる発光部と、該発光部の表面の一部に積層され、上記蛍光体から発光した光を発光部の励起光が入射する側に反射する反射層とを備え、上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の側方側の表面の一部又は全部に上記反射層が設けられていることを特徴とする波長変換部材。
2. 上記発光部が、異なる蛍光体が混合された２以上の層を含むことを特徴とする請求項１記載の波長変換部材。
3. 上記反射層の発光部側が鏡面であることを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換部材。
4. 上記高分子材料が、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる１種以上の樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の波長変換部材。
5. 上記高分子材料が、熱可塑性樹脂であり、上記発光部が、上記高分子材料及び蛍光体を混合して圧縮成形、押出成形又は射出成形により厚さ０．１〜６ｍｍのフィルム状又は薄板状に形成してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の波長変換部材。
6. 上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の後方側の表面の一部又は全部に上記反射層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の波長変換部材。
7. 上記発光部からの発光の一方向を前方としたとき、上記発光部の後方側の表面の一部に上記反射層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の波長変換部材。

Images